服务机器人因其巨大的商业应用与理论研究价值,近年来成为机器人领域中的一个热点。机械臂可模拟人类上肢操作,是服务机器人研究中的一个前沿课题。为了使机械臂能够在复杂的环境中自主完成操作任务,机械臂需要具备一定的避障能力。机械臂的运动规划历经半个多世纪的研究,已经取得了诸多成果,并在工业生产中得到了广泛的应用,但家庭环境下机械臂的运动规划仍远未成熟。本文以实验室自主研发的Sun@Home服务机器人为对象,对六自由度机械臂运动规划涉及到的主要问题,包括机械臂的建模与运动学分析、轨迹规划、碰撞检测以及避障运动规划等分别进行了研究。论文的主要内容如下:首先,针对前三个关节轴交于一点的六自由度串联机械臂,首先采用标准DH(Denavit-Hartenberg)法建立机械臂的数学模型,对正逆运动学进行了快速求解。并通过蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行了仿真,为后续运动规划打下基础。其次,根据任务的特点,将机械臂在自由空间中的轨迹规划分为两类,即关节空间下的轨迹规划与笛卡尔空间下的轨迹规划。当机械臂进行点到点的运动时,在关节空间内采用高次多项式对机械臂的运动轨迹进行插值,使之满足起始点与目标点的边界条件,其中起始点与目标点的位形由逆运动学方程求解得到。当机械臂进行路径跟踪时,在笛卡尔空间内采用直线或圆弧插补法对机械臂的运动路径进行插值,最后对插值得到的路径点序列进行逆运动学求解。再次,对机械臂与工作空间中的障碍物模型进行了简化,然后对机械臂与障碍物间的碰撞条件进行分析与推导,最后采用层次包围盒方法提高了碰撞检测的效率。最后,针对机械臂避障运动的特性要求,用两段高次样条曲线分段描述机械臂在关节空间中的运动轨迹。通过多目标加权法建立关于机械臂末端轨迹长度、关节角度增量和、关节加速度最大值、机械臂运动时间和碰撞情况的适应度评定函数,利用遗传算法优化两段轨迹中间控制点的相关参数,得到一条能够使机械臂避开复杂障碍物的运动轨迹。